Synthesis and properties of a copolymer based on polycaprolactone and hydroxyl terminated polybutadiene

• Autorzy: Chmielarek Michał , Aleksandrowicz Karolina

Identyfikatory

DOI

10.22211/matwys/0208

Warianty tytułu

PL

Synteza i właściwości kopolimeru opartego na polikaprolaktonie i α,ω-dihydroksypolibutadienie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Polycaprolactone (PCL) is a widely used biodegradable and biocompatible polymer. Its use in rocket fuels results in a better oxygen balance and provides additional centres of adhesion of polyurethane binders compared to polyurethanes obtained using Hydroxyl Terminated PolyButadiene (HTPB). Additionally, PCL is used as a phlegmatizer in homogeneous solid rocket fuels. The other raw material used was HTPB used in the production of polyesters and polyurethanes, which gives these materials good mechanical properties. HTPB is the basis of solid rocket fuels used in space and military rocket propulsion. The aim of the work was to investigate the copolymerization reaction of HTPB with PCL. PCL-HTPB-PCL copolymer should combine and possess the desired properties of both polymers, i.e. excellent mechanical properties of polyurethanes, low glass transition temperature, and biocompatibility and biodegradability. Two HTPB species with different molecular weights were used in the study. Copolymerization with a ε-caprolactone ring opening (ROP) combines the constituent properties of the polymers. FTIR spectroscopic analysis was performed to confirm the PCL-HTPB-PCL chain structure. The molecular weight of the copolymer was shown to increase after 24 h of reaction, and the construction of the copolymer chain was confirmed, which indicated the correct reaction. Studies confirmed that as the molecular weight increases, the hydroxyl number decreases. The viscosity of the copolymers obtained decreases with increasing temperature. The copolymers obtained on the basis of low molecular weight HTPB had a liquid form. High molecular weight HTPB copolymers were obtained in the form of a wax.

PL

Polikaprolakton (PCL) jest powszechnie stosowanym biodegradowalnym i biokompatybilnym polimerem. Wykorzystanie go w paliwach rakietowych skutkuje lepszym bilansem tlenowym i zapewnia dodatkowe centra adhezji lepiszcz poliuretanowych w porównaniu z poliuretanami otrzymanymi z użyciem α,ω-dihydroksypolibutadienu (HTPB). Dodatkowo PCL stosowany jest jako flegmatyzator w homogenicznych stałych paliwach rakietowych. Drugim wykorzystanym surowcem był HTPB używany do otrzymywania poliestrów i poliuretanów, nadaje on tworzywom dobre właściwości mechaniczne. HTPB stanowi podstawę stałych paliw rakietowych, używanych w napędach rakiet kosmicznych i wojskowych. Celem pracy było zbadanie reakcji kopolimeryzacji HTPB z polikaprolaktonem. Kopolimer PCLHTPBPCL powinien łączyć i posiadać pożądane właściwości obydwu polimerów tj. doskonałe właściwości mechaniczne wytworzonych z nich poliuretanów, niską temperaturę zeszklenia oraz biokompatybilność i biodegradowalność. W badaniach wykorzystano dwa gatunki HTPB o różnej masie cząsteczkowej. Kopolimeryzacja z otwarciem pierścienia ε-kaprolaktonu (ROP) łączy właściwości składowe polimerów. Wykonano analizę FTIR, aby potwierdzić budowę łańcucha PCL-HTPB-PCL. Wykazano wzrost masy cząsteczkowej kopolimeru po 24 godzinach reakcji, oraz potwierdzono budowę łańcucha kopolimeru. Badania potwierdziły, że wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej liczba hydroksylowa maleje. Lepkość otrzymanych kopolimerów maleje wraz ze wzrostem temperatury. Kopolimery otrzymane na bazie niskocząsteczkowego HTPB posiadały ciekłą postać. Kopolimery z wysokocząsteczkowym HTPB otrzymano w postaci wosku

Słowa kluczowe

EN

hydroxyl terminated polybutadiene; HTPB; copolymerization; ε-caprolactone; hydroxyl-terminated polycaprolactone

PL

α, ω-dihydroksypolibutadienu; HTPB; kopolimeryzacja; ε-kaprolakton; polikaprolakton zakończony grupami hydroksylowymi

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Przemysłu Organicznego
• Czasopismo: Materiały Wysokoenergetyczne
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 13
• Strony: 70--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chmielarek Michał

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, Department of High-Energetic Materials, 3 Noakowskiego Street, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Aleksandrowicz Karolina

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, Department of High-Energetic Materials, 3 Noakowskiego Street, 00-664 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Polymer Blends Handbook. Utracki L.A., Ed., Vol. 1, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 2002.
• [2] Chanchai S., Nawee K. Theoretical Investigation on the Mechanism and Kinetics of the Ring-opening Polymerization of ε-Caprolactone Initiated by Tin(II) Alkoxides. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 2013.
• [3] Joshi P., Madras G. Degradation of Polycaprolactone in Supercritical Fluids. Polym. Degrad. Stab.2008, 93: 1901-1908.
• [4] Ryszkowska J., Auguścik M. Properties of Poliurethane for Application as a Bone Tissue. (in Polish) Czasopismo Techniczne Mechanika 2009, 106: 287-293.
• [5] Bennett J.S., Barnes M.W., Koloako K.J. Propellant Binder Prepared from a PCP/HTPB Block Polymer. Patent US 4853051, 1989.
• [6] Ostap R. Research on the Preparation of α,ω-Dihydrohypolycaprolactone. (in Polish) Master thesis, Technical University of Warsaw, Warsaw, 2013.
• [7] Filachlone E.M., Fisher Ch.H. Process for the Manufacture of Esters of Hydroxy Carboxylic Acids. Patent US 2447693, 1948.
• [8] Lam C.X.F., Teoh S.H., Hutmacher D.W. Comparison of the Degradation of Polycaprolactone and Polycaprolactone-(β-tricalcium phosphate) Scaffolds in Alkalinemedium. Polym. Int. 2007, 56: 718-728.
• [9] Sinha V.R., Bansal K., Kaushik R., Kumria R., Trehan A. Poly-ε-caprolactone Microspheres and Nanospheres: An Overview. Int. J. Pharm. 2004, 278: 1-23.
• [10] Chen D.R., Bei J.Z., Wang S.G. Polycaprolactone Microparticles and their Biodegradation. Polym. Degrad. Stab. 2000, 67: 455-459.
• [11] Hedrick J.L., Magbitang T., Connor E.F., Glauser T., Volksen W., Hawker C.J., Lee V.Y., Miller R.D. Application of Complex Macromolecular Architectures for Advanced Microelectronic Materials. Eur. J. Chem. 2002, 8: 3308-3319.
• [12] Joshi P., Madras G. Degradation of Polycaprolactone in Supercritical Fluids. Polym. Degrad. Stab. 2008, 93: 1901-1908.
• [13] Canterberry J.B. Polycaprolactone-deterred Nitrocellulose Propellant Compositions and Method. Patent US 4950342, 1990.
• [14] Elzein T., Nasser-Eddine M., Delaite C., Bistac S., Dumas P. FTIR Study of Polycaprolactone Chain Organization at Interfaces. J. Colloid Interf. Sci. 2004, 273: 381-387.
• [15] Skupiński W., Kozakiewicz J. Application of α,ω-Dihydroxypolybutadiene (HTPB) and Oligomeric α,ω-Dihydroxypolycaprolactone (HTPCL) in the Preparation of Polyurethanes for Special Production. (in Polish) Industrial Chemistry Institute, Report on Statutory Works – Strategic, 2011, [unpublished].
• [16] Skupiński W., Kozakiewicz J. α,ω-Dihydroxypolybutadiene (HTPB) and Oligomeric α,ω-Dihydroxypolycaprolactone (HTPCL) in the Preparation of Polyurethanes for Special Production. (in Polish) Industrial Chemistry Institute, Report on Statutory Works – Strategic, 2012, [unpublished].
• [17] Skupiński W., Chmielarek M., Wieczorek Z., Dziura R. Method of Obtaining α,ω-Dihydroxypolybutadiene. (in Polish) Patent PL 224488, 2016.
• [18] Chmielarek M., Maksimowski P., Cieślak K., Gołofit T., Drozd H. Study of the Synthesis of GAPHTPB-GAP Liquid Copolymer. Cent. Eur. J. Energ. Mater. 2020, 17(4): 566-583.